Podľa čoho si vybrať vhodnú spájku a vytvorenie kvalitného spoja? Na aký spájkovaný materiál zvoliť mäkké spájky a kedy sú vhodnejšie tvrdé spájky? Spájky sú prídavný materiál, bez ktorého sa pri spájkovaní nezaobídete. Na tieto otázky sa nás často pýtate, preto sa poďme spolu na problematiku spájok pozrieť.
Na úvod si povedzme len pár základných pojmov súvisiacich so spájkovaním.
Po miniokienku teórie spájkovania sa venujme už len samotným spájkam.
Aké vlastnosti musí mať dobrá spájka?
Aby spájka zabezpečila potrebnú kvalitu spoja, nemusí mať rovnaké, ani podobné chemické zloženie ako základný materiál. Ďalej nasledujú vlastnosti, ktoré spájka naopak mať musí:
- nižšiu teplotu tavenia než spájané materiály,
- dobré spájkovacie vlastnosti, konkrétne:
- zmáčavosť - schopnosť tekutej spájky priľnúť ku kovovo čistému základnému materiálu pri pracovnej teplote,*
- roztekavosť - schopnosť tekutej spájky roztiecť sa pri určitej teplote po vodorovnom povrchu základného materiálu,*
- kapilarita / vzlínavosť - schopnosť tekutej spájky vyplniť pri určitej teplote úzku medzeru spoja pôsobením kapilárnych síl,*
* pre kapilárne spájkovanie sú nutné všetky tri vlastnosti, pre nánosové spájkovanie stačí dobrá zmáčavosť (kapilárne spájkovanie = medzera spoja (< 0,5 mm) sa vyplní roztavenou spájkou pôsobením kapilárnych síl, nánosové spájkovanie = roztavená spájka len zmáča spájané plochy, vytvorí sa povrchová vrstva)
- interval tavenia spájky pre kapilárne spájkovanie má byť nízky, < 100 °C - pri spájkach býva uvedená teplota tavenia nie len ako jedna hodnota, ale ako interval. Napr. pri spájke Sn30Pb70 je interval tavenia 183 - 255 °C (Solidus/Likvidus), a to zjednodušene znamená, že pri teplote 183 °C sa síce spájka zdá byť tekutá, avšak obsahuje ešte nerozpustené kryštáliky. Až pri dosiahnutí teploty 255 °C a viac sú všetky prvky spájky rozpustené a spájka má požadované vlastnosti. Interval tavenia < 100 °C hovorí, že spodná a horná hodnota intervalu má byť menšia ako 100 °C.
- byť vyrobená z čistých surovín - nečistoty v spájke zhoršujú deformačné vlastnosti prechodovej oblasti spoja, koróznu odolnosť spoja
- mať tvar vhodný na spájkovanie
Spájky vyberáte podľa toho, ako veľmi namáhané spoje potrebujete vytvoriť
Voľba spájky je určená vlastnosťami, ktoré sú kladené na spájkovaný výrobok. Pre jeden základný materiál môžete použiť aj niekoľko druhov spájok. Informácie o zložení, vlastnostiach a použití spájky sa dočítate na obale spájky. Zároveň sú tieto informácie uvedené v normách. Svoju úlohu pri výbere zohrávajú aj celkové náklady - cena spájky, cena taviva (ak je potrebné), príp. potreba ochranných pracovných prostriedkov (rukavice, okuliare, respirátor) pri práci so spájkami.
Podľa výšky teploty tavenia spájky delíme na:
- mäkké spájky s teplotou tavenia nižšou ako 450 °C s použitím taviva - pre pevnostne a teplotne menej namáhané spoje, spájka nesmie byť mechanicky namáhaná. Spájkovanie mäkkými spájkami poznáte aj pod názvom letovanie.
- tvrdé spájky s teplotou tavenia 450 - 950 °C s použitím taviva - pre viac namáhané spoje a spoje pracujúce pri veľmi nízkych (kryogénnych) teplotách
- vysokotaviteľné spájky s bodom tavenia nad 950 °C bez použitia taviva.
Použitie taviva je vyžadované vo väčšine prípadov spájkovania, tavivá pre mäkké aj tvrdé spájkovanie od nami overených výrobcov si môžete zaobstarať v našom e-shope.
Ako vybrať vhodný tvar spájky?
Spájky nájdete vo forme drôtov, obalených prútov, tyčí, prstienkov, fólie, pásky, blokov, plechu, pasty alebo prášku.
Tvar spájky volíte podľa mnohých faktorov, ako sú veľkosť a tvar spájanej súčasti, typ spoja, spôsob spájkovania, množstvo vytváraných spojov,..
V malosériovej výrobe sa často používajú spájky v tvare prstienkov, v elektronike sa spájkuje väčšinou mäkkými spájkami.
Označenie spájok
Na obale spájky by mal byť jasne viditeľný obchodný názov spájky, zloženie, hmotnosť, priemer, normy:
Mäkké spájky pre menej namáhané spoje
Spájkovanie s mäkkými spájkami (anglicky Soldering) prebieha pri nízkej teplote tavenia spájky, do 450 °C. Mäkké spájky majú malú pevnosť, preto sa používajú na výrobu spojov, ktoré nie sú pevnostne ani teplotne namáhané. Sú zložené zo zliatin ťažkých kovov, ktoré sa tavia pri nízkych teplotách.
Výhodou mäkkého spájkovania je, že vďaka používaniu nízkych teplôt dochádza len k minimálnemu vplyvu na základný materiál. Nízkoteplotný proces spájkovania je dobre kontrolovateľný a nízkoenergetický.
Použitie mäkkých spájok: v elektrotechnike (takmer výlučne), klampiarstve, autoklampiarstve, konzervárenstve, zámočníctve, pocínovanie, tepelné poistky, mäkké spájkovanie hliníka, skla, keramiky, vitráží,..
Do skupiny mäkkých spájok patria:
- cínové spájky - cín poskytuje spájkam dobrú zmáčavosť a vytvára pekný, lesklý spoj. Delia sa na:
- cínovo-olovnaté - ide o zliatiny cínu Sn a olova Pb s pracovnou teplotou 190 -350 °C. Spájky s obsahom olova sa však kvôli jeho toxicite od roku 2011 (Smernica RoHS2) nemôžu používať v elektrických a elektronických zariadeniach. Použitie olova je obmedzené na výnimky, kedy jeho vlastnosti zatiaľ nie je možné nahradiť inými prvkami, napr. v medicíne alebo vojenskej technike, na vytvorenie elektrických spojov s kryogénnymi snímačmi zdravotníckych pomôcok, letovanie ku keramickým kondenzátorom,..
- cínové bezolovnaté - okrem cínu môžu obsahovať meď, striebro, bizmut, indium, zinok, anitimón, ... Sú väčšinou pevnejšie než spájky s olovom, používajú sa hlavne v elektrotechnike, ale pre niektoré náročné aplikácie nie sú použiteľné.
- špeciálne spájky pre špeciálne požiadavky, napr. na použitie pri zvýšenej alebo kryogenickej teplote, pre potravinársky a chladiarenský priemysel, pre spájkovanie skla, na tepelné poistky,... Sú to zliatiny na báze zinku, kadmia, bizmutu a ďalších nízkotaviteľných kovov, mnohé sa pridávajú ako náhrada olova (Ag, Cu, Al,..). Každá zložka spájky určitým spôsobom vplýva na jej vlastnosti, napr.
- striebro Ag zvyšuje mechanickú pevnosť (v prítomnosti olova zhoršuje ťažnosť) a únavovú odolnosť pri zmenách teploty (bez prítomnosti olova),
- meď Cu znižuje teplotu tavenia, zvyšuje únavovú odolnosť pri cyklických zmenách teploty, zvyšuje viazanie roztavenej spájky,
- zinok Zn znižuje teplotu tavenia, ale je náchylný na koróziu a oxidáciu na vzduchu,
- bizmut Bi znižuje teplotu tavenia, zvyšuje zmáčateľnosť,
- indium In znižuje teplotu tavenia, zvyšuje ťažnosť,...
Tvrdé spájky pre mechanicky viac namáhané spoje a spoje pracujúce pri veľmi nízkych (kryogénnych) teplotách
Spájkovanie s tvrdými spájkami (anglicky Brazing) prebieha pri teplote tavenia spájky 450 - 950 °C. Tvrdými spájkami vytvoríte spoje, ktoré zvládnu niekoľkokrát väčšiu mechanickú námahu oproti mäkkým spájkam, alebo ak spájkovaná súčiastka musí zvládať vyššie alebo kryogénne teploty. Tvrdé spájky sa používajú na spájkovanie širokého spektra kovov a zliatín.
Delenie tvrdých spájok:
| Spájka | Použitie tvrdých spájok | Príklad |
| Hliníkové spájky na báze hliníka-kremíka (Al-Si) alebo hliníka-medi-kremíka (Al-Cu-Si) | pre hliník a jeho zliatín (výrobky z tenkostenných plechov hrúbky 1-3 mm), niekedy na spájkovanie titánu a jeho zliatín, napr. pre automobilové a tepelné chladiče, tepelné výmenníky, .. | Al-Cu, Al-Cu-Si |
| pre mosadze a nehrdzavejúce ocele typu 18 Cr / 8 Ni, pre takmer všetky železné aj neželezné kovy okrem hliníka, horčíka a ich zliatín: Ag-Cu pre vákuové spájkovanie Cu, Be, Ag-Cu-P pre spájkovanie Cu, Ag bez taviva, Ag-Cu-Zn pre spájkovanie železných a neželezných kovov ako aj nehrdzavejúcich ocelí s použitím taviva, Ag-Cu-Sn ako predošlá skupina pre spájkovanie v ochrannej, redukčnej atmosfére alebo vo vákuu, Ag-Cu-Zn-Cd pre spájkovanie železných a neželezných kovov s použitím tavív, keď sa vyžaduje nízka spájkovacia teplota (najnižšiu teplotu tavenia má spájka Ag40CuZnCd 630/590 °C), Ag-Cu-Zn-Sn(In) ako predošlá skupina pri dodržaní hygienických predpisov pre potravinárske a zdravotnícke zariadenia, Ag-Cu-Zn-Ni-Mn pre spájkovanie spekaných karbidov, austenitických ocelí, niklových bronzov, Ag-Cu-Ti pre priame spájkovanie keramiky s kovom vo vákuu, Ag-Mn pre spájkovanie žiarupevných, žiaruvzdorných, korozivzdorných ocelí, niklu a jeho zliatin. | Ag, Ag-Cu-Zn-Cd-Mo, Ag-Cu-Zn-Mo, Ag-Cu-Mo, Ag-Mn, .. | |
| pre železné a neželezné kovy s teplotou tavenia nad 1000°C, bežné ocele, nikové zliatiny, meď, liatiny, na spájkovanie vo vákuu, mosadzné spájky pre spájkovanie liatiny, Cu-P spájky pre spájkovanie medi a jej zliatín, nie je potrebné používať tavivo | Cu, Cu-P, Cu-Zn | |
| Spájky na báze niklu | pre základné materiály obsahujúce Co, W, Nb, železné a neželezné vysokoteplotné zliatiny | Ni-Cr-B, Ni-Cr-Fe-Si-C, Ni-Cr-Mo-Mn-Si, Ni-Ti, Ni-Cr-Mo-Fe-W, Ni-Cu, Ni-Cr-Fe, Ni-Cr-Si |
| Spájky na báze zlata | pre vysokopevné materiály spájkované vo vákuu, v elektronike, pre spájkovanie tenkých prierezov, v priemyselnej výrobe, zubnom lekárstve, umeleckej výrobe a zlatníctve | Au-Cu, Au-Ni, Au-Ni-Cr |
| Spájky na horčíkové zliatiny na báze Mg-Al-Zn-Cd (Be) | pre horčík a jeho zliatin s použitím taviva | Mg-Al-Zn-Cd (Be) |
Vysokoteplotné spájky
Spájkovanie s vysokoteplotnými spájkami (anglicky High Temperature Brazing) prebieha pri teplote tavenia spájky nad 950 °C bez použitia taviva. Spájky pre vysokoteplotné spájkovanie sa používajú pre vyššie prevádzkové teploty pre spájkovanie v ochrannom plyne (argón, hélium) alebo vo vákuu. Patria sem hlavne spájky na báze Ni-Cr-B, ale aj spájky na báze čistých kovov (Cu, Ni, Pt, Zr, Nb), spájky CuSi, CuAl, CuSn.
Vysokoteplotné spájky sa používajú často v automobilovom priemysle pri výrobe spojov na pozinkovaných oceľových plechoch.
Na záver
Pri výbere vhodnej spájky záleží nielen na spájaných materiáloch, ale aj na požadovanej tvrdosti výsledného spoja. Aj preto nemusí byť výber spájky vždy jednoznačný. Pomôckou pri výbere môže byť náš katalóg, ktorý si môžete stiahnuť pod článkom. Nájdete v ňom spájky nielen z pohľadu spájkovaných materiálov, ale aj podľa konkrétnych aplikácií. Z našej ponuky si vyberiete mäkké cínové spájky, mosadzné spájky, strieborné spájky, sendvičové trojvrstvové spájky a tavivá pre spájkovanie.
